WO2018124359A1 - 회전기어 동작이 개선된 밸브조립체 - Google Patents

회전기어 동작이 개선된 밸브조립체 Download PDF

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WO2018124359A1
WO2018124359A1 PCT/KR2017/000143 KR2017000143W WO2018124359A1 WO 2018124359 A1 WO2018124359 A1 WO 2018124359A1 KR 2017000143 W KR2017000143 W KR 2017000143W WO 2018124359 A1 WO2018124359 A1 WO 2018124359A1
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rotary gear
cylindrical cam
valve assembly
rotation gear
leaf spring
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PCT/KR2017/000143
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Inventor
조형근
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주식회사 코렌스
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Definitions

  • the present invention relates to a valve assembly for elevating the valve seat by converting the rotational motion of the rotary gear into a linear motion of the poppet shaft using a cylindrical cam, more specifically, the rotary gear is mounted so that the rotary gear is not rolled up and down A valve assembly configured to sexually pressurize.
  • the exhaust gas of an automobile is a gas in which fuel is compressed and expanded to high temperature and high pressure in a cylinder, and then discharged into the atmosphere through an exhaust manifold.
  • Most of these exhaust gases are water vapor and carbon dioxide, and other harmful substances such as carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), and nitrogen oxides (NOx) are included.
  • Exhaust Gas Recirculation System is a means of reducing nitrogen oxides in the exhaust gas, which returns part of the exhaust gas back to the intake manifold to lower the combustion temperature when the mixer is combusted to reduce NOx.
  • an exhaust gas recirculation valve (hereinafter referred to as an "EGR valve") is installed between the exhaust manifold and the intake manifold to open and close the passage only by the control of the EGR valve only in rotations other than idle and warm up. It will not operate before idle and warm up, but will open the EGR valve to recirculate some of the exhaust gas into the engine's intake manifold in response to the amount of throttle valve opening at rotations other than idle and warm up, thus minimizing the reduction in engine output as much as possible. Lowers the temperature to reduce the emissions of NOx.
  • the conventional EGR valve configured as described above is configured to change the rotational movement into a linear motion by using a fixed cylindrical cam.
  • Such a conventional EGR valve has only a lifting motion in the vertical direction when the valve seat opens and closes a passage. Rather than the rotational movement, there is a problem that the wear of the valve seat is increased and thus the opening and closing reliability is lowered.
  • a valve assembly (Korean Patent No. 10-1604415) configured to lift and not rotate when the valve seat opens and closes a passage has been filed and registered by the applicant of the present invention. have.
  • FIG. 1 is a perspective view of a conventional valve assembly.
  • a conventional valve assembly includes a rotary gear 10 having a polygonal hole 11 formed on a central axis in a vertical axis rotated in a vertical axis by a force applied from the outside, and the polygonal hole (
  • a cylindrical cam 20 having a polygonal head 22 inserted into the upper surface 11 and a slide groove 21 inclined obliquely on an outer circumferential surface thereof, and a poppet shaft penetrating through a rotation center of the cylindrical cam 20 30, a valve seat 40 coupled to the lower side of the poppet shaft 30, a housing (not shown) surrounding the cylindrical cam 20, and one side of the sliding groove 21 in the structure Is inserted into the other side is configured to include a bearing unit 60 fixedly coupled to the housing.
  • the polygonal head 22 provided on the upper side of the cylindrical cam 20 is produced in a slightly smaller size than the polygonal hole 11 of the rotary gear 10, the cylindrical cam 20 is a rotary gear 10 Is rotated integrally with the rotary gear 10 when it is rotated, but when receiving the lifting force from the outside it is possible to maintain the state coupled to the rotary gear 10 and to independently raise or lower. That is, when the rotary gear 10 is rotated while the polygonal head 22 is inserted into the polygonal hole 11 and one side of the bearing unit 60 is inserted into the slide groove 21, the cylindrical cam 20 is also It rotates with the rotary gear 10, one side of the bearing unit 60 is to slide along the longitudinal direction of the slide groove (21).
  • the valve assembly according to the present invention thus performs only one operation of the cylindrical cam 20 by rotating or lifting. Rather, it is characterized in that it is configured to move the poppet shaft 30 and the valve seat 40 coupled thereto in a vertical direction while simultaneously implementing the rotation and lifting.
  • the poppet shaft 30 is manufactured in a rod shape (circular rod shape) having a circular cross section so as to be rotated independently of the cylindrical cam 20, and thus can be lifted and integrated with the cylindrical cam 20.
  • the stepped portion is formed at the stop of the portion inserted into the cylindrical cam 20, and is configured to be equipped with a disk-shaped flange at a point corresponding to the upper surface of the cylindrical cam 20. Therefore, when the cylindrical cam 20 is lifted while rotating, the poppet shaft 30 and the valve seat 40 coupled thereto are only lifted along the cylindrical cam 20 without being rotated.
  • the rotary gear 10 is downwardly pressed by a separate cover (not shown), and the cover is pressed by the excessively large force to the rotary gear 10 when the rotary gear ( If 10) does not rotate normally, and there is a play between the cover and the rotary gear 10, there is a problem that the rotary gear 10 is rolling while moving up and down.
  • the ball bearing has a problem that the overall manufacturing cost of the valve assembly is high due to the high unit cost.
  • the present invention has been proposed in order to solve the above problems, by pressing the rotary gear elastically down so that the rotating gear can be rotated normally, the upper and lower rolling does not occur, the elastic force to press the rotary gear down
  • the purpose of the present invention is to provide a valve assembly that can adjust the size and lower the manufacturing cost compared to the case of using a ball bearing.
  • the valve assembly with improved rotation gear operation is rotated to the axis of rotation in the vertical center axis by a force applied from the outside, non-circular (non-circular) on the center axis
  • a rotary gear having an insertion hole formed therein;
  • a cylindrical cam having an upper end inserted into the insertion hole and being rotatably integrated with the rotary gear, and having two or more inclined slide grooves formed on an outer circumferential surface thereof;
  • the cylindrical cam and the lifting is made integrally so that the rotation can be made independently, the poppet shaft penetrating the rotation axis of the cylindrical cam;
  • a valve seat coupled to the lower side of the poppet shaft;
  • a housing surrounding a bottom and a side of the cylindrical cam;
  • Two or more bearing units one side of which is fixedly coupled to the housing and the other side of which is inserted into each slide groove in a slidable structure;
  • a cover having a pressing protrusion extending downward in a portion corresponding to an upper surface of the rotary
  • the pressing protrusion is formed in a circular tube shape in which a longitudinal central axis coincides with a rotation axis of the rotary gear, and the leaf spring is formed in a ring shape in which the rotary gear and the central axis coincide.
  • the inner circumferential surface of the leaf spring is provided with a plurality of elastic pieces extending inclined upward toward the center point of the leaf spring and laterally extended.
  • the plurality of elastic pieces are arranged radially with respect to the vertical center axis of the leaf spring.
  • the upper surface of the elastic piece is formed of a curved convex upward.
  • An insertion tube extending downward to be inserted into the housing is formed at a portion where the insertion hole is formed among the bottom surfaces of the rotary gears, and forms a hollow tube shape surrounding an outer surface of the insertion tube.
  • the flange portion is bent outwardly to be seated on the upper surface of the lower portion further comprises a bush formed with a plurality of support ends bent inward to support the lower end of the insertion tube.
  • the upper surface of the support end is formed as a curved convex upward.
  • the rotating gear since the rotating gear is elastically pressurized downward, the rotating gear can be rotated normally while the upper and lower rolling does not occur, and the amount of elastic force for pressing the rotating gear downward by adjusting the bending angle of the elastic piece is adjusted. It has the advantage that the manufacturing cost is very low.
  • FIG. 1 is a perspective view of a conventional valve assembly.
  • FIG. 2 is a cross-sectional perspective view showing the internal structure of the valve assembly according to the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a structure in which a leaf spring and a bush are coupled to a rotary gear.
  • FIGS. 4 and 5 are a perspective view and an exploded perspective view showing a structure in which the leaf spring and the bush is coupled to the rotary gear.
  • Figure 2 is a cross-sectional perspective view showing the internal structure of the valve assembly according to the present invention
  • Figure 3 is a perspective view showing a structure in which the bearing unit is mounted on the cylindrical cam.
  • the valve assembly using the cylindrical cam 200 according to the present invention is a device for elevating the valve seat 400 by converting the rotational force transmitted from the outside into a linear feed force, as shown in FIG.
  • Rotating gear 100 rotates the central axis in the vertical direction by a force and a non-circular insertion hole 110 is formed on the central axis, and an upper end is inserted into the insertion hole 110 to rotate the shaft.
  • the outer circumferential surface of the cylindrical cam 200 is formed with two or more inclined slide grooves, and the cylindrical cam 200 and the lifting is made integrally, but the rotation is made independently
  • Housing 510 At least one bearing unit 600 having one side fixedly coupled to the housing 510 and the other side inserted into each slide groove in a slidable structure, and a cover surrounding upper and side surfaces of the rotary gear 100 ( 520).
  • the rotary gear 100 forms a cap shape in which the edge portion extends downward, and gear teeth are formed on the outer surface of the downwardly extending portion to rotate by the rotational force provided from the driving motor 800.
  • the rotational force of the driving motor 800 is very fast, it is preferably configured to be transmitted to the rotary gear 100 after being decelerated through a plurality of gears.
  • the cylindrical cam 200 and the rotary gear 100 may be rotated independently of each other.
  • the shape of the protrusion is formed on the inner circumferential surface, and the upper end of the cylindrical cam 200 is preferably formed in a shape that is combined with the insertion hole 110.
  • the shape of the insertion hole 110 can achieve a non-circular shape, that is, if the shape is not circular, it may be formed in a polygonal shape or other various metaphysical shapes.
  • the upper end of the cylindrical cam 200 forms a shape to be combined with the insertion hole 110 of the rotary gear 100, but is produced in a slightly smaller size than the insertion hole 110, the cylindrical cam 200 ) Is rotated integrally with the rotary gear 100 when the rotary gear 100 is rotated, but when the lifting gear is received from the outside to maintain the state coupled to the rotary gear 100 and to independently raise or lower It becomes possible. That is, when the upper end of the cylindrical cam 200 is inserted into the insertion hole 110 and the other end of the bearing unit 600 is inserted into the slide groove, the driving motor 800 is operated to rotate the rotary gear 100. Cylindrical cam 200 is also rotated with the rotary gear 100, the other side of the bearing unit 600 is to slide along the longitudinal direction of the slide groove.
  • the cylindrical cam 200 is rotated.
  • the valve assembly according to the present invention is either the cylindrical cam 200 is rotated or lifted in this way. It is configured to move the poppet shaft 300 and the valve seat 400 coupled thereto in the vertical direction while simultaneously implementing the rotation and the lifting. That is, the poppet shaft 300 may be manufactured in a rod shape (circular rod shape) having a circular cross section so as to be rotated independently of the cylindrical cam 200, and may be lifted and integrated with the cylindrical cam 200.
  • the stepped portion is formed in the middle of the portion inserted into the cylindrical cam 200 so that the flange corresponding to the upper surface of the cylindrical cam 200 is mounted.
  • the upper portion of the poppet shaft 300 is provided with a guide pipe 700 for guiding the moving direction of the poppet shaft 300 so that the poppet shaft 300 can only be moved up and down. Therefore, when the cylindrical cam 200 is rotated and lifted at the same time, the poppet shaft 300 and the valve seat 400 are lifted only in the vertical direction.
  • the outer surface of the guide pipe 700 is provided with a magnet 710 for detecting the lifting distance of the poppet shaft 300, the insert pipe welded to the poppet shaft 300 on the inner circumferential surface of the guide pipe 700 ( 730 is provided.
  • the rotary gear 100 when the cylindrical cam 200 is raised, the rotary gear 100 does not rise but only the cylindrical cam 200 must be lifted, the rotary gear by the friction force between the upper side of the cylindrical cam 200 and the insertion hole 110. A phenomenon in which the 100 moves up and down along the cylindrical cam 200 may occur. As the rotary gear 100 moves up and down along the cylindrical cam 200, the operation noise and vibration may be increased. Therefore, the rotary gear 100 may be disposed between the bottom surface of the rotary gear 100 and the top surface of the housing 510.
  • the return spring 530 is applied to the upward elastic force. As such, when the return spring 530 is provided, the rotary gear 100 always keeps in contact with the cover 520, so that the rotary gear 100 does not rise or fall along the cylindrical cam 200. No.
  • the rotary gear 100 is in contact with the top surface of the housing 510 and the bottom surface of the cover 520 so that the rolling phenomenon in which the rotary gear 100 flows in the vertical direction does not occur. It is equipped with the structure. That is, in the valve assembly according to the present invention, a pressing protrusion 522 extending downward is formed at a portion corresponding to the upper surface of the rotary gear 100 of the cover 520, and the upper surface of the rotary gear 100 is formed. The biggest feature of the configuration is that the plate spring 120 is compressed between the lower end of the pressing protrusion 522 to apply a downward elastic force to the rotary gear 100.
  • the pressing protrusion 522 of the cover 520 does not directly press the rotary gear 100 downward, but the leaf spring 120 compressed by the pressing protrusion 522 elastically lowers the rotary gear 100.
  • the leaf spring 120 is compressed between the pressing protrusion 522 and the rotary gear 100 when the cover 520 is coupled to the housing 510 to apply a downward elastic force to the rotary gear 100. If possible, it can be replaced with any shape.
  • FIGS. 4 and 5 are a perspective view and an exploded perspective view showing a structure in which the leaf spring 120 and the bush 130 is coupled to the rotary gear 100.
  • any one side of the leaf spring 120 (more specifically, the side in contact with the pressing protrusion 522) ) Only the concentrated compression bar, the force to elastically press the rotary gear 100 is also concentrated on only one side of the rotary gear 100, and thus the rotary gear 100 may be inclined to one side.
  • the pressing protrusion 522 is formed in a circular tube shape in which a longitudinal central axis coincides with a rotation axis of the rotary gear 100, and the leaf spring 120 coincides with the rotary gear 100. It is preferably formed in a ring shape.
  • the pressing protrusion 522 is formed in a circular tube shape and the leaf spring 120 is formed in a ring shape that fits with the lower end of the pressing protrusion 522, the pressing protrusion 522 evenly spreads the plate spring 120 as a whole. It can be compressed, and thus the elastic force applied to the rotary gear 100 can also be distributed evenly over all directions of the rotary gear 100.
  • the valve assembly according to the present invention is to solve the above problems, that is, to reduce the contact area between the pressing protrusion 522 and the leaf spring 120, from the inner peripheral surface of the leaf spring 120 of the leaf spring 120 A plurality of elastic pieces 122 protruding toward the center point and downwardly pressed by the pressing protrusion 522 may be formed.
  • the elastic piece 122 is formed to be inclined upwardly and then horizontally formed, and the lower end of the pressing protrusion 522 is not in contact with the entire upper surface of the leaf spring 120, but rather, Only contact with the upper surface.
  • the contact area between the pressing protrusion 522 and the leaf spring 120 can be significantly reduced, so that the pressing protrusion 522 and the leaf spring 120 are separated.
  • the friction may be reduced, and thus the rotary gear 100 may be rotated normally without generating noise and vibration.
  • the upper surface of the elastic piece 122 may be formed as a convex upwardly curved surface.
  • the elastic piece 122 when the elastic piece 122 is formed only on one side of the leaf spring 120, the pressing force of the pressing protrusion 522 may be concentrated only on one side of the leaf spring 120, and thus, the plurality of elastic pieces ( 122 is preferably arranged radially with respect to the vertical center axis of the leaf spring (120).
  • the pressing protrusion 522 when configured to press down the plurality of elastic pieces 122, the user can increase or decrease the elastic pressing force applied to the rotary gear 100 by adjusting the inclination angle of the elastic piece 122.
  • the length of the pressure protrusion 522 is slightly shorter than the designed value, and the pressure protrusion 522 does not press the elastic piece 122 sufficiently downward, the elastic piece so that the upward inclination angle of the elastic piece 122 is increased. By bending the 122, the pressing protrusion 522 may normally press the elastic piece 122.
  • the pressing protrusion 522 may reduce the force for pressing the elastic piece 122. Therefore, the user can increase or decrease the magnitude of the force that the pressing protrusion 522 presses the elastic piece 122 by adjusting the bending angle of the elastic piece 122, and thus the elastic pressing force applied to the rotary gear 100 is adjusted. It has the advantage of being adjustable.
  • the housing 510 is made of a metal having a high coefficient of friction, and when the rotary gear 100 elastically downwardly pressed by the leaf spring 120 directly contacts the housing 510, the housing 510 is rotated. Due to the friction with the stable rotation is difficult, as well as the friction portion with the housing 510 may be easily worn.
  • a separate bush 130 may be further provided between the rotary gear 100 and the housing 510.
  • An insertion tube 112 extending downward to be inserted into the housing 510 is provided at a portion of the bottom surface of the rotary gear 100 in which the insertion hole 110 is formed, and the bush 130 is an insertion tube ( It forms a hollow tube shape surrounding the outer surface of the 112, the upper end is formed with a flange portion 132 bent outward to be seated on the upper surface of the housing 510 and the lower end to support the lower end of the insertion tube 112 A plurality of support ends 134 are bent inward so as to be formed.
  • the bush 130 has a low friction coefficient compared to the housing 510. As shown in this embodiment, the rotary gear 100 is not directly coupled to the housing 510, and the rotary gear 100 is inserted. If the lower end of the pipe 112 is configured to be seated on the support end 134 of the bush 130, the rotary gear 100 can be rotated more smoothly and there is an advantage that the wear of the rotary gear 100 can be reduced.
  • the upper surface of the support end 134 may be formed as a convex upwardly curved surface.
  • the upper surface of the support end 134 is formed as a convex curved surface, the lower end of the insertion tube 112 and the upper surface of the support end 134 is in contact with the bar, the insertion tube 112 and the support end 134

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Abstract

본 발명에 의한 회전기어 동작이 개선된 밸브조립체는, 외부로부터 인가되는 힘에 의해 수직방향 중심축을 회전축으로 회전되며, 중심축 상에 비원형(non-circular)의 삽입홀이 형성된 회전기어; 상단이 상기 삽입홀에 삽입되어 상기 회전기어와 일체로 회전됨과 동시에 승강 가능하며, 외주면에는 비스듬히 경사진 슬라이드홈이 둘 이상 형성되는 원통캠; 상기 원통캠과 승강은 일체로 이루어지되 회전은 독립적으로 이루어질 수 있도록, 상기 원통캠의 회전축을 관통하는 포핏샤프트; 상기 포핏샤프트의 하측에 결합되는 밸브시트; 상기 원통캠의 저면과 측면을 둘러싸는 하우징; 일측이 상기 하우징에 고정결합되고 타측이 각각의 슬라이드홈에 슬라이딩 가능한 구조로 각각 삽입되는 둘 이상의 베어링유닛; 상기 회전기어의 상면과 측면을 둘러싸되 상기 회전기어의 상면과 대응되는 부위에 하향으로 연장되는 가압돌부를 구비하는 커버; 및 상기 회전기어의 상면과 상기 가압돌부의 하단 사이에서 압축되어 상기 회전기어에 하향 탄성력을 인가하는 판스프링;을 포함하여 구성된다.

Description

회전기어 동작이 개선된 밸브조립체
본 발명은 원통캠을 이용하여 회전기어의 회전운동을 포핏샤프트의 직선운동으로 변환시킴으로써 밸브시트를 승강시키는 밸브조립체에 관한 것으로, 더 상세하게는 회전기어가 상하로 롤링되지 아니하도록 회전기어를 탄성적으로 가압하도록 구성되는 밸브조립체에 관한 것이다.
일반적으로 자동차의 배기가스는 연료가 실린더 내에서 고온 고압으로 압축되어 팽창된 다음 배기 매니폴드를 통해 대기 속으로 배출되는 가스이다. 이러한 배기가스는 대부분 수증기와 이산화탄소이며, 그밖에 일산화탄소(CO), 탄화수소(HC), 질소산화물(NOx) 등의 유해물질을 포함하고 있다.
배기가스 재순환장치(EGR: Exhaust Gas Recirculation System)는 배기가스 중의 질소산화물을 감소시키는 수단으로서, 배기가스의 일부를 흡기 매니폴드로 다시 돌려보내어 혼합기가 연소될 때 연소 온도를 낮추어 질소산화물(NOx)의 생성량을 저감한다. 즉, 상기 질소산화물(NOx)은 연소온도를 저하시켜 발생량을 감소시킬 수 있고, 이러한 연소온도는 연소속도의 영향을 가장 많이 받는 것이므로 실린더 혼합기 자체의 공연비를 변화시키지 않고 밀도를 저하시키게 된다. 그러므로 연소속도가 저하되고 연소온도의 상승이 억제되면, 결과적으로 질소산화물을 저감시킬 수 있게 된다.
한편 배기가스 재순환밸브(Exhaust Gas Recirculation Valve, 이하 'EGR 밸브'라 함)는 배기 매니폴드와 흡기매니폴드 사이에 설치되어 공전 및 워밍업 이외의 회전에서만 EGR 밸브의 제어에 의해 통로를 개폐한다. 공전 및 워밍업 전에는 작동되지 않다가 공전 및 워밍업 이외의 회전에서 스로틀 밸브가 열리는 양에 따라 EGR밸브를 열어 엔진의 흡기 매니폴드에 배기가스의 일부를 재순환시켜 가능한 한 엔진 출력의 감소를 최소로 하면서 연소온도를 낮추어 질소산화물(NOx)의 배출량을 감소시키는 역할을 한다.
이와 같이 구성되는 종래의 EGR밸브는 고정된 원통캠을 이용하여 회전운동을 직선운동으로 바꾸는 구조로 구성되는데, 이와 같은 종래의 EGR밸브는 밸브시트가 통로를 개폐시킬 때 상하방향으로 승강 운동만 하는 것이 아니라 회전운동까지 같이 하므로, 밸브시트의 마모가 증가되고 이에 따라 개폐 신뢰성이 낮아진다는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 밸브시트가 통로를 개폐시킬 때 회전운동은 하지 아니하고 승강운동만 하도록 구성되는 밸브조립체(대한민국 등록특허 제10-1604415호)가 본원발명의 출원인에 의해 출원되어 등록된바 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 종래의 밸브조립체에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 종래의 밸브조립체 사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이 종래의 밸브조립체는, 외부로부터 인가되는 힘에 의해 수직방향 중심축을 회전축으로 회전되며 중심축 상에 다각형홀(11)이 형성된 회전기어(10)와, 상기 다각형홀(11)에 삽입되는 다각형헤드(22)가 상측에 구비되고 외주면에 비스듬히 경사진 슬라이드홈(21)이 형성되는 원통캠(20)과, 상기 원통캠(20)의 회전 중심부를 관통하는 포핏샤프트(30)와, 상기 포핏샤프트(30)의 하측에 결합되는 밸브시트(40)와, 상기 원통캠(20)을 둘러싸는 하우징(미도시)과, 일측이 상기 슬라이드홈(21)에 슬라이딩 가능한 구조로 삽입되며 타측이 상기 하우징에 고정결합되는 베어링유닛(60)을 포함하여 구성된다.
상기 원통캠(20)의 상측에 구비된 다각형헤드(22)는 회전기어(10)의 다각형홀(11)에 비해 약간 작은 크기로 제작되는바, 상기 원통캠(20)은 회전기어(10)가 회전될 때 상기 회전기어(10)와 일체로 회전되지만, 외부로부터 승강력을 전달받았을 때에는 회전기어(10)에 결합된 상태를 유지하며 독립적으로 상승 또는 하강을 할 수 있게 된다. 즉, 다각형헤드(22)가 다각형홀(11)에 삽입되고 베어링유닛(60)의 일측이 슬라이드홈(21)에 삽입된 상태에서 회전기어(10)가 회전되면, 상기 원통캠(20) 역시 회전기어(10)와 함께 회전을 하게 되며, 베어링유닛(60)의 일측은 슬라이드홈(21)의 길이방향을 따라 슬라이딩하게 된다. 이때, 상기 베어링유닛(60)은 하우징에 고정 결합되어 있으므로 원통캠(20)이 회전을 하게 되는데, 본 발명에 의한 밸브조립체는 이와 같이 원통캠(20)이 회전이나 승강 중 어느 한 동작만을 하는 것이 아니라, 회전과 승강을 동시에 구현하면서 포핏샤프트(30) 및 이에 결합된 밸브시트(40)를 수직방향으로 이동시키도록 구성된다는 점에 구성상의 특징이 있다.
상기 포핏샤프트(30)는 원통캠(20)과 독립적으로 회전될 수 있도록 횡단면이 원형으로 형성되는 봉 형상(원형봉 형상)으로 제작되되, 상기 원통캠(20)과 일체로 승강될 수 있도록 상기 원통캠(20)에 삽입된 부위의 중단에 단턱이 형성되고 상기 원통캠(20)의 상면과 대응되는 지점에는 원반 형상의 플랜지가 장착되도록 구성된다. 따라서 원통캠(20)이 회전을 하면서 승강될 때, 상기 포핏샤프트(30) 및 이에 결합된 밸브시트(40)는 회전은 하지 아니하고 원통캠(20)을 따라 승강만 하게 된다.
이때, 상기와 같이 구성되는 종래의 밸브조립체는 회전기어(10)가 별도의 커버(미도시)에 의해 하향 가압되는데, 상기 커버가 과도하게 큰 힘으로 회전기어(10)를 가압하면 회전기어(10)가 정상적으로 회전하지 아니하고, 상기 커버와 회전기어(10) 사이에 유격이 발생되면 회전기어(10)가 상하로 움직이면서 롤링을 하게 된다는 문제점이 있다.
물론, 회전기어(10)의 상하 흔들림을 방지하기 위해 별도의 볼베어링을 사용하는 방법도 있지만, 일반적으로 볼베어링은 부품 단가가 높아 밸브조립체의 전체적인 제조원가가 상승되는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 회전기어를 탄성적으로 하향 가압하여 회전기어가 정상적으로 회전할 수 있으면서 상하 롤링이 발생되지 아니하도록 할 수 있고, 회전기어를 하향 가압하는 탄성력의 크기를 조절할 수 있으며, 볼베어링을 사용하는 경우에 비해 제조원가를 낮출 수 있는 밸브조립체를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 회전기어 동작이 개선된 밸브조립체는, 외부로부터 인가되는 힘에 의해 수직방향 중심축을 회전축으로 회전되며, 중심축 상에 비원형(non-circular)의 삽입홀이 형성된 회전기어; 상단이 상기 삽입홀에 삽입되어 상기 회전기어와 일체로 회전됨과 동시에 승강 가능하며, 외주면에는 비스듬히 경사진 슬라이드홈이 둘 이상 형성되는 원통캠; 상기 원통캠과 승강은 일체로 이루어지되 회전은 독립적으로 이루어질 수 있도록, 상기 원통캠의 회전축을 관통하는 포핏샤프트; 상기 포핏샤프트의 하측에 결합되는 밸브시트; 상기 원통캠의 저면과 측면을 둘러싸는 하우징; 일측이 상기 하우징에 고정결합되고 타측이 각각의 슬라이드홈에 슬라이딩 가능한 구조로 각각 삽입되는 둘 이상의 베어링유닛; 상기 회전기어의 상면과 측면을 둘러싸되 상기 회전기어의 상면과 대응되는 부위에 하향으로 연장되는 가압돌부를 구비하는 커버; 및 상기 회전기어의 상면과 상기 가압돌부의 하단 사이에서 압축되어 상기 회전기어에 하향 탄성력을 인가하는 판스프링;을 포함하여 구성된다.
상기 가압돌부는 길이방향 중심축이 상기 회전기어의 회전축과 일치하는 원형관 형상으로 형성되고, 상기 판스프링은 상기 회전기어와 중심축이 일치하는 링 형상으로 형성된다.
상기 판스프링의 내주면에는 상기 판스프링의 중심점을 향해 상향으로 경사지게 연장되었다가 수평으로 연장되는 복수 개의 탄성편이 구비된다.
상기 복수 개의 탄성편은 상기 판스프링의 수직중심축을 기준으로 방사형으로 배열된다.
상기 탄성편의 상면은 상향으로 볼록한 곡면으로 형성된다.
상기 회전기어의 저면 중 상기 삽입홀이 형성된 부위에는 상기 하우징의 내부로 삽입되도록 하향으로 연장되는 삽입관이 구비되고, 상기 삽입관의 외측면을 둘러싸는 중공관 형상을 이루되, 상단에는 상기 하우징의 상면에 안착되도록 외측으로 벤딩된 플랜지부가 형성되고, 하단에는 상기 삽입관의 하단을 지지하도록 내측으로 벤딩된 복수 개의 지지단이 형성되는 부시를 더 포함한다.
상기 지지단의 상면은 상향으로 볼록한 곡면으로 형성된다.
본 발명에 의한 밸브조립체는, 회전기어가 탄성적으로 하향 가압되므로 회전기어가 정상적으로 회전할 수 있으면서 상하 롤링이 발생되지 아니하고, 탄성편의 벤딩각도를 조절하여 회전기어를 하향 가압하는 탄성력의 크기를 조절할 수 있으며, 제조원가가 매우 저렴하다는 장점이 있다.
도 1은 종래의 밸브조립체 사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 밸브조립체의 내부구조를 도시하는 단면사시도이다.
도 3은 회전기어에 판스프링과 부시가 결합되는 구조를 도시하는 단면도이다.
도 4 및 도 5는 회전기어에 판스프링과 부시가 결합되는 구조를 도시하는 사시도 및 분해사시도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 회전기어 동작이 개선된 밸브조립체의 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 의한 밸브조립체의 내부구조를 도시하는 단면사시도이고, 도 3은 원통캠에 베어링유닛이 장착되는 구조를 도시하는 사시도이다.
본 발명에 의한 원통캠(200)을 이용한 밸브조립체는 외부로부터 전달받은 회전력을 직선 이송력으로 변환시켜 밸브시트(400)를 승강시키기 위한 장치로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 외부로부터 인가되는 힘에 의해 수직방향 중심축을 회전축으로 회전되며 중심축 상에 비원형(non-circular)의 삽입홀(110)이 형성된 회전기어(100)와, 상단이 상기 삽입홀(110)에 삽입되어 상기 회전기어(100)와 일체로 회전됨과 동시에 승강 가능하며 외주면에는 비스듬히 경사진 슬라이드홈이 둘 이상 형성되는 원통캠(200)과, 상기 원통캠(200)과 승강은 일체로 이루어지되 회전은 독립적으로 이루어질 수 있도록 상기 원통캠(200)의 회전축을 관통하는 포핏샤프트(300)와, 상기 포핏샤프트(300)의 하측에 결합되는 밸브시트(400)와, 상기 원통캠(200)의 저면과 측면을 둘러싸는 하우징(510)과, 일측이 상기 하우징(510)에 고정결합되고 타측이 각각의 슬라이드홈에 슬라이딩 가능한 구조로 각각 삽입되는 둘 이상의 베어링유닛(600)과, 상기 회전기어(100)의 상면과 측면을 둘러싸는 커버(520)를 포함하여 구성된다.
상기 회전기어(100)는 가장자리 부위가 하향 연장된 캡 형상을 이루되, 하향으로 연장된 부위의 외측면에 기어이빨이 형성되어 구동모터(800)로부터 제공되는 회전력에 의해 회전하도록 구성된다. 일반적으로 구동모터(800)의 회전력이 매우 빠르므로 복수 개의 기어를 통해 감속된 이후 상기 회전기어(100)로 전달되도록 구성됨이 바람직하다. 이때 상기 삽입홀(110) 및 이에 삽입되는 원통캠(200)의 상단이 원형으로 형성되면 상기 원통캠(200)과 회전기어(100)가 각각 독립적으로 회전될 수 있으므로, 상기 삽입홀(110)은 원형이 아닌 형상 예를 들어 본 실시예에 도시된 바와 같이 내주면에 돌출부가 형성된 형상으로 형성되고, 상기 원통캠(200) 상단은 상기 삽입홀(110)과 형합되는 형상으로 형성됨이 바람직하다. 상기 삽입홀(110)의 형상은 비원형을 이룰 수 있다면 즉, 원형이 아닌 형상이라면 다각형 형상이나 기타 다양한 형이상학적 형상으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 원통캠(200)의 상단은 회전기어(100)의 삽입홀(110)과 형합되는 형상을 이루되 상기 삽입홀(110)에 비해 약간 작은 크기로 제작되는바, 상기 원통캠(200)은 회전기어(100)가 회전될 때 상기 회전기어(100)와 일체로 회전되지만, 외부로부터 승강력을 전달받았을 때에는 회전기어(100)에 결합된 상태를 유지하며 독립적으로 상승 또는 하강을 할 수 있게 된다. 즉, 원통캠(200) 상단이 삽입홀(110)에 삽입되고 베어링유닛(600)의 타단이 슬라이드홈에 삽입된 상태에서 구동모터(800)가 작동되어 회전기어(100)가 회전되면, 상기 원통캠(200) 역시 회전기어(100)와 함께 회전을 하게 되며, 베어링유닛(600)의 타측은 슬라이드홈의 길이방향을 따라 슬라이딩하게 된다.
이때, 상기 베어링유닛(600)은 하우징(510)에 고정 결합되어 있으므로 원통캠(200)이 회전을 하게 되는데, 본 발명에 의한 밸브조립체는 이와 같이 원통캠(200)이 회전이나 승강 중 어느 한 동작만을 하는 것이 아니라, 회전과 승강을 동시에 구현하면서 포핏샤프트(300) 및 이에 결합된 밸브시트(400)를 수직방향으로 이동시키도록 구성된다. 즉, 상기 포핏샤프트(300)는 원통캠(200)과 독립적으로 회전될 수 있도록 횡단면이 원형으로 형성되는 봉 형상(원형봉 형상)으로 제작되며, 상기 원통캠(200)과 일체로 승강될 수 있도록 상기 원통캠(200)에 삽입된 부위의 중단에 단턱이 형성되고 상기 원통캠(200)의 상면과 대응되는 지점에는 원반 형상의 플랜지가 장착된다. 또한 상기 포핏샤프트(300)의 상부에는 포핏샤프트(300)가 상하방향으로 승강만 할 수 있도록 포핏샤프트(300)의 이동방향을 가이드하기 위한 가이드파이프(700)가 구비된다. 따라서 원통캠(200)이 회전 및 승강이 동시에 이루어질 때 포핏샤프트(300) 및 밸브시트(400)는 상하방향으로의 승강만 하게 된다. 또한, 가이드파이프(700)의 외측면에는 포핏샤프트(300)의 승강거리를 감지하기 위한 마그네트(710)가 구비되고, 가이드파이프(700)의 내주면에는 포핏샤프트(300)와 용접되는 인서트파이프(730)가 구비된다.
한편, 상기 원통캠(200)이 상승할 때 회전기어(100)는 상승하지 아니하고 원통캠(200)만이 승강해야 하는데, 원통캠(200)의 상측과 삽입홀(110) 간의 마찰력에 의해 회전기어(100)가 원통캠(200)을 따라 승강하는 현상이 발생될 수 있다. 이와 같이 회전기어(100)가 원통캠(200)을 따라 승강하면 작동 소음 및 진동이 증가될 우려가 있으므로, 상기 회전기어(100)의 저면과 하우징(510)의 상면 사이에는 회전기어(100)에 상향 탄성력을 인가하는 리턴스프링(530)이 구비된다. 이와 같이 리턴스프링(530)이 구비되면 상기 회전기어(100)는 항상 커버(520)에 접촉된 상태를 유지하는바, 회전기어(100)가 원통캠(200)을 따라 승강하는 현상이 발생되지 아니하게 된다.
이때, 본 발명에 의한 밸브조립체는 회전기어(100)가 상하방향으로 유동하는 롤링현상이 발생되지 아니하도록, 상기 회전기어(100)는 하우징(510)의 상면과 커버(520)의 저면에 접촉되는 구조로 장착된다. 즉, 본 발명에 의한 밸브조립체는, 상기 커버(520) 중 회전기어(100)의 상면과 대응되는 부위에 하향으로 연장되는 가압돌부(522)가 형성되고, 상기 회전기어(100)의 상면과 상기 가압돌부(522)의 하단 사이에서 압축되어 상기 회전기어(100)에 하향 탄성력을 인가하는 판스프링(120)이 추가로 구비된다는 점에 구성상의 가장 큰 특징이 있다.
이와 같이 커버(520)의 가압돌부(522)가 직접 회전기어(100)를 하향 가압하는 것이 아니라 가압돌부(522)에 의해 압축된 판스프링(120)이 회전기어(100)를 탄성적으로 하향 가압하도록 구성되면, 상기 가압돌부(522)의 길이가 설계치보다 약간 길게 제작되더라도 회전기어(100)가 가압돌부(522)의 가압력에 의해 고착되지 아니하고 원활하게 회전될 수 있다는 장점이 있다. 이때, 상기 판스프링(120)은, 커버(520)를 하우징(510)에 결합시켰을 때 가압돌부(522)와 회전기어(100) 사이에서 압축되어 상기 회전기어(100)로 하향 탄성력을 인가할 수 있다면 어떠한 형상으로도 대체될 수 있다.
도 4 및 도 5는 회전기어(100)에 판스프링(120)과 부시(130)가 결합되는 구조를 도시하는 사시도 및 분해사시도이다.
판스프링(120)을 하향 가압하는 커버(520)의 가압돌부(522)가 하나의 돌기 형상으로 형성되면, 판스프링(120) 중 어느 일측(더 명확하게는 가압돌부(522)와 접촉되는 측)만이 집중적으로 압축되는바, 회전기어(100)를 탄성 가압하는 힘 역시 회전기어(100)의 일측에만 집중되고, 이에 따라 상기 회전기어(100)가 일측으로 기울어질 우려가 있다.
따라서 상기 가압돌부(522)는 길이방향 중심축이 상기 회전기어(100)의 회전축과 일치하는 원형관 형상으로 형성되고, 상기 판스프링(120)은 상기 회전기어(100)와 중심축이 일치하는 링 형상으로 형성됨이 바람직하다. 이와 같이 가압돌부(522)가 원형관 형상으로 형성되고 판스프링(120)이 가압돌부(522)의 하단과 형합하는 링 형상으로 형성되면, 가압돌부(522)가 판스프링(120)을 전체적으로 고르게 압축시킬 수 있고, 이에 따라 회전기어(100)에 인가되는 탄성력도 회전기어(100)의 모든 방향에 걸쳐 고르게 분산될 수 있다는 장점이 있다.
한편, 가압돌부(522)와 판스프링(120) 간의 접촉면적이 넓으면, 상기 판스프링(120)이 회전기어(100)를 따라 회전할 때 가압돌부(522)와 판스프링(120) 간의 마찰이 크게 발생되므로, 소음 및 진동이 발생될 수 있고, 더 나아가 회전기어(100)가 정상적으로 회전하지 못하는 경우가 발생될 수 있다. 본 발명에 의한 밸브조립체는 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 즉, 가압돌부(522)와 판스프링(120) 간의 접촉면적을 줄이기 위하여, 상기 판스프링(120)의 내주면으로부터 상기 판스프링(120)의 중심점을 향해 돌출되어 가압돌부(522)에 의해 하향 가압되는 복수 개의 탄성편(122)이 형성될 수 있다. 상기 탄성편(122)은 상향으로 경사지게 연장되었다가 수평으로 연장되는 형상으로 형성되는바, 가압돌부(522)의 하단은 판스프링(120)의 상면 전체에 접촉되는 것이 아니라 탄성편(122)의 상면과만 접촉된다.
이와 같이 판스프링(120)에 다수 개의 탄성편(122)이 형성되면, 가압돌부(522)와 판스프링(120) 간의 접촉면적을 현저히 줄일 수 있으므로 가압돌부(522)와 판스프링(120) 간의 마찰을 감소시킬 수 있고, 이에 따라 소음 및 진동이 발생되지 아니하면서 회전기어(100)가 정상적으로 회전될 수 있다. 상기 가압돌부(522)와 판스프링(120) 간의 접촉면적을 더욱 감소시킬 수 있도록, 상기 탄성편(122)의 상면은 상향으로 볼록한 곡면으로 형성될 수도 있다. 이와 같이 탄성편(122)의 상면이 상향으로 볼록한 곡면으로 형성되면, 상기 가압돌부(522)와 탄성편(122)은 점접촉을 이루게 되는바, 가압돌부(522)와 탄성편(122) 간의 마찰을 최소화시킬 수 있다는 장점이 있다.
이때, 상기 탄성편(122)이 판스프링(120)의 어느 일측에만 형성되면 가압돌부(522)의 가압력이 판스프링(120)의 어느 일측으로만 집중될 우려가 있으므로, 상기 복수 개의 탄성편(122)은 판스프링(120)의 수직중심축을 기준으로 방사형으로 배열됨이 바람직하다.
또한, 상기 가압돌부(522)가 다수 개의 탄성편(122)을 하향 가압하도록 구성되면, 사용자는 탄성편(122)의 경사각도를 조절하여 회전기어(100)로 인가되는 탄성 가압력을 증감시킬 수 있다는 장점도 있다. 예를 들어 가압돌부(522)의 길이가 설계치보다 약간 짧게 형성되어 가압돌부(522)가 탄성편(122)을 충분히 하향 가압하지 못하는 경우, 상기 탄성편(122)의 상향 경사각이 증가되도록 탄성편(122)을 벤딩시켜 가압돌부(522)가 탄성편(122)을 정상적으로 가압하도록 할 수 있다. 반대로 가압돌부(522)의 길이가 설계치보다 약간 길게 형성되어 가압돌부(522)가 탄성편(122)을 과도하게 하향 가압하는 경우, 상기 탄성편(122)의 상향 경사각이 감소되도록 탄성편(122)을 벤딩시켜 가압돌부(522)가 탄성편(122)을 가압하는 힘을 줄일 수 있게 된다. 따라서 사용자는 탄성편(122)의 벤딩 각도를 조절함으로써 가압돌부(522)가 탄성편(122)을 가압하는 힘의 크기를 증감시킬 수 있고, 이에 따라 회전기어(100)로 인가되는 탄성 가압력을 조정할 수 있다는 장점이 있다.
일반적으로 하우징(510)은 마찰계수가 높은 금속으로 제작되는바, 판스프링(120)에 의해 탄성적으로 하향 가압되는 회전기어(100)가 하우징(510)에 직접 접촉되면 회전 시 하우징(510)과의 마찰로 인해 안정적인 회전이 어려워질 뿐만 아니라, 하우징(510)과 마찰되는 부위가 쉽게 마모될 우려가 있다.
따라서 본 발명에 의한 밸브조립체는, 회전기어(100)와 하우징(510) 사이에 별도의 부시(130)가 추가로 구비될 수 있다. 상기 회전기어(100)의 저면 중 상기 삽입홀(110)이 형성된 부위에 하우징(510)의 내부로 삽입되도록 하향으로 연장되는 삽입관(112)이 구비되고, 상기 부시(130)는 삽입관(112)의 외측면을 둘러싸는 중공관 형상을 이루되 상단에는 상기 하우징(510)의 상면에 안착되도록 외측으로 벤딩된 플랜지부(132)가 형성되고 하단에는 상기 삽입관(112)의 하단을 지지하도록 내측으로 벤딩된 복수 개의 지지단(134)이 형성된다.
상기 부시(130)는 하우징(510)에 비해 마찰계수가 낮게 제작되는바, 본 실시예에 도시된 바와 같이 회전기어(100)가 하우징(510)과 직접 결합되지 아니하고 회전기어(100)의 삽입관(112) 하단이 부시(130)의 지지단(134)에 안착되도록 구성되면, 회전기어(100)가 보다 원활하게 회전될 수 있고 회전기어(100)의 마모를 줄일 수 있다는 장점이 있다.
이때, 삽입관(112)과 지지단(134) 간의 마찰력을 더욱 줄일 수 있도록, 상기 지지단(134)의 상면은 상향으로 볼록한 곡면으로 형성될 수 있다. 이와 같이 지지단(134)의 상면이 볼록한 곡면으로 형성되면, 삽입관(112)의 하단과 지지단(134)의 상면은 점접촉을 이루게 되는바, 삽입관(112)과 지지단(134) 간의 마찰력을 최소화시킬 수 있다는 장점이 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 외부로부터 인가되는 힘에 의해 수직방향 중심축을 회전축으로 회전되며, 중심축 상에 비원형(non-circular)의 삽입홀이 형성된 회전기어;
    상단이 상기 삽입홀에 삽입되어 상기 회전기어와 일체로 회전됨과 동시에 승강 가능하며, 외주면에는 비스듬히 경사진 슬라이드홈이 둘 이상 형성되는 원통캠;
    상기 원통캠과 승강은 일체로 이루어지되 회전은 독립적으로 이루어질 수 있도록, 상기 원통캠의 회전축을 관통하는 포핏샤프트;
    상기 포핏샤프트의 하측에 결합되는 밸브시트;
    상기 원통캠의 저면과 측면을 둘러싸는 하우징;
    일측이 상기 하우징에 고정결합되고 타측이 각각의 슬라이드홈에 슬라이딩 가능한 구조로 각각 삽입되는 둘 이상의 베어링유닛;
    상기 회전기어의 상면과 측면을 둘러싸되 상기 회전기어의 상면과 대응되는 부위에 하향으로 연장되는 가압돌부를 구비하는 커버; 및
    상기 회전기어의 상면과 상기 가압돌부의 하단 사이에서 압축되어 상기 회전기어에 하향 탄성력을 인가하는 판스프링;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 밸브조립체.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가압돌부는 길이방향 중심축이 상기 회전기어의 회전축과 일치하는 원형관 형상으로 형성되고,
    상기 판스프링은 상기 회전기어와 중심축이 일치하는 링 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브조립체.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 판스프링의 내주면에는 상기 판스프링의 중심점을 향해 상향으로 경사지게 연장되었다가 수평으로 연장되는 복수 개의 탄성편이 구비되는 것을 특징으로 하는 밸브조립체.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 복수 개의 탄성편은 상기 판스프링의 수직중심축을 기준으로 방사형으로 배열되는 것을 특징으로 하는 밸브조립체.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 탄성편의 상면은 상향으로 볼록한 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브조립체.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 회전기어의 저면 중 상기 삽입홀이 형성된 부위에는 상기 하우징의 내부로 삽입되도록 하향으로 연장되는 삽입관이 구비되고,
    상기 삽입관의 외측면을 둘러싸는 중공관 형상을 이루되, 상단에는 상기 하우징의 상면에 안착되도록 외측으로 벤딩된 플랜지가 형성되고, 하단에는 상기 삽입관의 하단을 지지하도록 내측으로 벤딩된 복수 개의 지지단이 형성되는 부시를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 밸브조립체.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 지지단의 상면은 상향으로 볼록한 곡면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 밸브조립체.
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